接修一台某学校用于知识竞赛的抢答器,其故障现象是数码管能显示最先按下按钮的选手编号,但该选手松开按钮后数码管又立即显示“0”,即不能对最先按下按钮的选手编号进行锁定显示。

       该抢答器由一个控制盒和5个按钮[4个按钮(S1~S4)安装在参赛选手的桌面上,一个按钮(S5)安装在主持人的桌面上]组成,可供四组选手进行知识抢答。正常时,S1~S5均处于常开状态,当主持人宣布“抢答开始”并同时按一下S5后数码管显示数字“0”),最先按下按钮的选手编号立即被锁存,同时封锁输入电路,禁止其他选手抢答,并在数码管上显示最先按下按钮的选手编号,直到主持人再次按下S5(进入下轮抢答)。 测量S1~S5,均正常 ,看来故障点在控制电路中。该抢答器的控制电路主要由抢答锁存、编码、译码驱动、多谐振荡等电路组成,其实绘电路如图1所示。

       S1~S4为四路抢答开关,S5为清零按钮。锁存电路由4D触发器SN74LS175N (U1)和双4输入与非门CD4012BE(U2 )组成。编码电路由四2输入与非门CD4011(U3 )组成,将触发器输出的信号编成相应的8421BCD码。CD4511(U4)、限流电阻R6~R12等元件组成译码驱动电路,驱动七段数码管显示抢答成功的选手编号。NE555(U5 )及其外围元件组成多谐振荡器,产生频率约为1.1kHz 的矩形波,供给U1,作为U1的时钟脉冲信号(CP)。
        接通电源,当主持人按下S5时,U1①脚(RST)接地(低电平),U1复位,芯片内部的4个D触发器的Q输出端(②、⑦、10、15脚)为低电平(“0”,下同),Q输出端(③、⑥、11、14脚)为高电平(“1”,下同),此时与非门U2A因4个输入端(②~⑤脚)全为1,则①脚输出0;与非门U2B的4个输入端(⑨~12脚)全为0,则13脚输出1。此时与非门U3A等同于一个反相器,CP脉冲经U3A反相后送给u1⑨脚。同时,U3B内部的两个与非门因输入端(⑤、⑥脚和⑧、⑨脚)全为1,则输出端④脚、10脚均输出0;由于U4②脚接U1 15脚,U4⑥脚接地,即U4的输入端DCBA的值为“0000" ,数码管显示数字“0”,抢答器处于清零状态。

         当主持人宣布“开始抢答”时(同时松开S5),U1处于等待数据输入状态,即进入抢答状态。当S1~S4中某一个按钮按下时,锁存电路被触发,在输出端产生相应的开关信号,为防止其他开关随后触发,最先产生的输出信号将触发器锁定。例如:S2最先按下,此时U1⑤脚为高电平,则U1⑥、⑦脚分别输出0、1,U2A因输入端③脚为0,则①脚输出1,U2B因⑨~12脚全为1,则13脚输出0,U3A因②脚输入为0,此时无论①脚输入的CP脉冲是高电平还是低电平,其输出端③脚均为1,即CP脉冲不能通过U3A进入U1,触发器不能翻转,相当于S2被锁定,其他按钮无效。同时,U3B因⑨脚为0,则U3B 10脚输出1,此时U4的输入端DCBA的值为"0010" ,数码管显示数字“2”,表示选手2抢答成功。

         根据故障现象,结合上述工作原理分析,判断编码、译码、多谐振荡和数码管均正常,故障原因应是U1或U3A工作异常。检查U1和U3A外围元件及连线,未见异常,难道芯片有问题?由于该校有多台同型号抢答器,于是在路测量并记录正常机器中U1~U3的各脚对地电阻(见表1)。经过对比,未发现问题。在检测中发现故障机偶尔能对号码进行锁定并正常显示,难道电路中存在接触不良现象? -番检查后无果。会不会是.某元件性能不良?根据经验,电容易出现性能不良现象,尤其是电解电容。拆下C1、C2检查,发现C2容量已降至1.2uF。更换C2后试机,故障排除。

         该机控制电路采用电源适配器供电,适配器标称输出电压是DC5V(空载时实测约4.1V),适配器内部采用工频变压器降压+全桥整流滤波方式,但滤波电容容量仅为10uF。分析认为:由于该机所配电源适配器无稳压电路,加之滤波电容容量较小,所以输出的直流电压在带载后纹波较大。C2容量大幅减小后,U1~U4的5V供电滤波不良,导致U1或U3A状态异常,从而引发号码不能锁定故障。